JP2002512933A - 合成ガスの製造方法および装置 - Google Patents

合成ガスの製造方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 生物有機体および／または残留物のガス化装置では、合成ガスが生成され、その一部が燃焼し、その燃焼熱が改質装置へ送られる。改質装置では、化石性炭化水素が合成ガスに転化し、ガス化装置で生成された合成ガスと混合される。本発明による方法および装置は、大きな冷ガス収量をもたらし、生成された合成ガス（水素と一酸化炭素）1キログラム当たりの二酸化炭素生成量は小さい。ガス化装置と改質装置は完全に一体ではないため、Ｈ2／ＣＯ比を広い範囲にわたって調整できる。本発明による装置は、改質装置とガス化装置のガス放出口が分岐管で接続されているだけなので、比較的構造が単純で、信頼性が高い。本発明における改質装置とガス化装置の組み合わせにより、化石性燃料から、収量維持が可能な炭化水素資源へ、段階的に移行できる。さらに、生物有機体を利用するガス化装置で生成される合成ガスの品質は、改質装置からの合成ガスを混合することによって改善できる上、材料の供給を制御すれば、合成ガスの組成（Ｈ2／ＣＯ比）を自由に調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、第一の炭化水素と酸化材をガス化装置へ送り、ガス化装置から合成
ガスを放出する工程と、第二の化石性炭化水素と蒸気を改質装置へ送り、改質装
置から合成ガスを放出する工程と、さらに、ガス化装置で生成した合成ガスと改
質装置で生成した合成ガスを混合する工程から成る、炭化水素から合成ガスを製
造する方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
石炭や天然ガスなどの化石燃料から合成ガスを製造する工程において、蒸気と
エアなどの酸化材を加えることにより、水素と一酸化炭素（合成ガス）を生成す
ることは公知である。この蒸気を用いた改質方法により比較的純粋な合成ガスを
得ることができるが、転化反応が起こるため、このガスには二酸化炭素も含まれ
ている。
【０００３】 ドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３，２４２，２０６は、ガス化装置で粉末状の石炭
と重油の留分に酸素を加え、３０〜１００ｂａｒの圧力と１０００〜１４００℃
の温度で部分的に酸化させる装置を開示している。この工程で生成される高温の
合成ガスは、ウォーターバスへ送られて煤とスラグを除去され、次いでチューブ
状の反応器へ送られ、１０〜４０ｂａｒの圧力と７５０〜１０００℃の温度で、
触媒蒸気によるＬＰガスの改質が行われる。ガス化装置で生成された合成ガスと
改質装置で生成された合成ガスは最終的に、所望のＨ2／ＣＯ比が得られるよう
な比率で混合される。
【０００４】 この公知の装置はかなり複雑であるため、生物有機体（ｂｉｏｍａｓｓ）およ
び/または残留物（ｒｅｓｉｄｕｅ）をガス化するには適していない。なぜなら
、これらを部分的に酸化させても、酸素含有量がもともと相当大きいので、適当
な合成ガスにならないからである。さらに、生物有機体および/または残留物を
ガス化装置用の炭化水素の供給源として使用する場合、得られる温度は、改質装
置への熱の流れを駆動するには十分に高いとは言えない。また、公知の装置では
、改質装置がガス化装置と完全に一体であるので、送り込む材料の流れの動作点
や製造する合成ガスのＨ2／ＣＯ比を自由に選択できない。
【０００５】 二酸化炭素の排出量の削減を考慮しながらエネルギー源を確保するという視点
から、また、化石性炭化水素燃料の資源が枯渇するおそれがあるという視点から
、生物有機体や炭化水素を含有する残留物をガス化することは、非常に重要であ
る。オランダ国内で入手可能な燃料資源や作物を最大に見積もった場合、生物有
機体および/または残留物により年間１６５ＰＪ（１６５×１０15Ｊ）のエネル
ギーをまかなえる可能性がある一方、オランダにおける現在のエネルギー消費量
は年間約３０００ＰＪに達している。エネルギーを収量維持可能なものから得る
方向へ段階的に移行させることは望ましいので、インフラに大きな変更を加えず
に加工産業や運輸業に対し電力、熱、原料などを供給できる技術を優先するのが
好ましい。
【０００６】
【発明の目的】
このような背景において、本発明の目的は、生物有機体および/または残留物
から合成ガスを製造する方法および装置を提供し、燃料資源の利用を化石性炭化
水素燃料から収量維持可能な炭化水素資源へ段階的に移行できるようにすること
にある。本発明の別の目的は、生物有機体および/または残留物から工業的規模
で比較的高品質の合成ガスを製造し、かつ合成ガスの組成（Ｈ2／ＣＯ比）を広
範囲にわたって単純な方法で調整することが可能な方法と装置を提供することに
ある。本発明のさらに別の目的は、生物有機体および/または残留物からエネル
ギーを必要としない効率的な方法で合成ガスを製造し、合成ガス１キログラムか
ら発生する二酸化炭素の量をできるだけ少なくすることにある。
【０００７】
【発明の要約】
そのため、本発明による方法は、一次段階の炭化水素が生物有機体および/ま
たは残留物を含んでいることと、ガス化装置から放出される合成ガスの一部が燃
やされ、その過程で発生した熱が改質装置へ供給されることを特徴としている。
【０００８】 本発明の基礎となる考え方は、蒸気による改質に要する熱は生物有機体および
/または残留物の燃焼によってではなくガス化装置で生成される合成ガスの一部
が燃焼することによって得られるため、Ｈ2とＣＯについて、合成ガスの大きな
冷ガス収量Ｃが得られる、ということである。この場合、Ｃ＝ＬＨＶ（Ｈ2＋Ｃ
Ｏ）out／ＬＨＶ（生物有機体＋天然ガス）inで、ＬＨＶは最低発熱量である。
同様に、本発明の方法において化石燃料からの排出が避けられた、二酸化炭素の
量ＣCO2も、比較的大きいと考えられる。この場合、ＣCO2 ＝ＬＨＶ（Ｈ2＋Ｃ
Ｏ）out／ＬＨＶ（天然ガス）inである。言い換えれば、生成された Ｈ2＋ＣＯ
１キログラム当たりの二酸化炭素排出量は小さく、したがって、避けられた（
化石性炭化水素からの）二酸化炭素排出量は大きい。
【０００９】 さらに、本発明によるガス化装置と改質装置はそれほど一体化されていないの
で、Ｈ2／ＣＯ比を広範囲にわたって調整することが可能である。また、生物有
機体および/または残留物の供給が中断しても、改質装置だけを動作させ、改質
装置のバーナーに天然ガスとガス化装置からのガスとを選択的に送りこむことが
できるので、信頼性の高い方法が得られる。また、本発明の方法は、比較的単純
な装置を用いて実行することが可能で、ガス化装置と改質装置のガス放出口の間
に分岐管を設ける必要があるにすぎない。
【００１０】 ガス化装置は一酸化炭素を多く含み水素をあまり含まない合成ガスを放出し、
改質装置はその逆であるため、二つのガス流の組み合わせでつくられる混合ガス
の組成は、供給される化石性炭化水素と生物有機体の比を選択することによって
制御可能である。このことにより、生物有機体のガス化による合成ガスの品質を
向上させ、混合ガスのＨ2／ＣＯ比を自由に調整することが可能である。混合ガ
スのＨ2／ＣＯ比は０．７〜５であり、好ましくは２〜３の範囲である。比率が
この範囲にあれば、混合ガスは、その後に続くガス配管網への供給、二次的なエ
ネルギー生成、熱や電力の生成、加工産業の出発原料としての有機混合物の製造
などの多くの工程に適している。
【００１１】 本発明による方法を実施可能な装置は、たとえば、ベッド物質（ｂｅｄ ｍａ
ｔｅｒｉａｌ）を循環させた生物有機体および/または残留物用のガス化装置に
、化石性炭化水素（好ましくは天然ガス）用の蒸気改質装置が分岐管によって接
続された構成が有利である。
【００１２】
【実施の形態】
図１は、生物有機体および/または残留物用の第一の取り入れ口２を有するガ
ス化装置１と、酸素などの酸化材を供給する第二の取り入れ口３を有する。この
装置はまた、化石性炭化水素を供給するための第一の取り入れ口５と蒸気供給口
６を備えた改質装置４を有する。ガス化装置のガス放出口８は、分岐管７によっ
て改質装置４に接続されている。さらに、ガス化装置のガス放出口８は、たとえ
ばＨ2Ｓ、ＨＣｌ、アルカリ金属、タール質、塵のような環状炭化水素その他の
汚染物質を合成ガスから除去するためのスクラバーなどの浄化装置１０に接続さ
れる。改質装置４のガス放出口９は、浄化装置１０のガス放出口１２に接続し、
二酸化炭素分離装置１３に送られる混合ガスを生成するようにしてもよい。二酸
化炭素分離装置１３のガス放出口１４は、生成されたガスの組成を調整するため
のガス分離装置１５に接続される。ガス分離装置１５からのガスは、ガス配管網
に送り込んでもよいし、エネルギー発生に使用してもよく、あるいはたとえばプ
ロセスガスとして使用し、一酸化炭素と水素とともに触媒反応させ、効果が証明
された公知の転化技術を用いて経済的に有益な炭化水素を製造してもよい。また
、改質装置４のガス放出口９から得られる合成ガスの全部または一部をパイプラ
イン１６によりガス配管網へ送ることも可能である。
【００１３】 ガス化装置１と改質装置４のガス放出口で発生するガスの廃熱は、熱交換装置
１７、１８を介して、ガス化装置１と改質装置４へそれぞれ返される。本発明に
よる装置で起こる反応は、次のように定義される。
【００１４】 ガス化装置１では、次の反応が起こる。 生物有機体＋Ｏ2 → ＣＯ＋Ｈ2＋ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ＣxＨy ガス化装置の選び方によっては、ガスの成分の相対的な組成をさらに自由に調整
できる。また、炭化水素（ＣxＨy）をガスの成分の一部としてもよい。
【００１５】 蒸気改質装置４において、次の反応が起き、天然ガスは第一の取り入れ口５か
ら入り、蒸気は蒸気供給口６から供給され、熱エネルギーは、ガス化装置１から
分岐管７を介して供給される合成ガスの燃焼によって加熱される内部または外部
の熱交換装置を介して供給される。 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ ⇔ ＣＯ＋３Ｈ2 さらに、転化反応 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ ⇔ ＣＯ2＋Ｈ2 が起こる。ガス化装置１は
自熱式に動作するので、二酸化炭素と水が生成される。使用される酸化するため
の材料が周囲の空気である場合、ガス化装置のガス放出口８の合成ガスには窒素
も含まれていることがある。改質装置４では転化反応がかなりの程度起こり、そ
の結果、二酸化炭素が生成される。プロセスガスの用途やその後の転化反応によ
っては、微量成分が含まれていても不利とはかぎらない。微量成分の存在が不利
とならないならば、たとえば、浄化装置１０においてあまり精密でない除去技術
を用いても十分であると言える。生物有機体ガス化装置１の生成物に含まれる窒
素の量を減らすためには、ガス化を行うときに空気ではなく純粋な酸素を使用す
ることが考えられる。ガス化装置において、水分も同じようにしてプロセスガス
から単純な方法で除去できる。
【００１６】 ガス化装置１と改質装置４は、７５０〜１０００℃の温度で、たとえば８００
〜９００℃で作動される。ガス化装置１は、たとえば、Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉ
ｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ製バーナーのような外部バーナーを有するガス化装置で生成し、８５０℃の
温度と１ｂａｒの圧力で動作させてもよい。改質装置４は、それ自体は公知のバ
ーナー付きの蒸気改質装置から成り、バーナーはたとえば１２００℃の温度と１
ｂａｒの圧力で動作させ、その場合、改質装置内部の圧力は１ｂａｒ、温度は８
１５℃である。改質装置のバーナーには、ガス化装置から来る合成ガスが供給さ
れる。
【００１７】 図２のグラフは、取り入れ口５から改質装置４へ送られるメタンの量と、取り
入れ口２からガス化装置１へ送られる生物有機体の量との比率の変化により、放
出口９、１２から出される合成ガスを混合した混合ガスの組成がどのように変化
するかを示す。
【００１８】 ガス化装置１は主に一酸化炭素から成る合成ガスを供給するのに対し、蒸気改
質装置４は主に水素から成る合成ガスを生成するので、Ｈ2／ＣＯ比は、使用す
る天然ガスと生物有機体の供給比率を選択することによって調整可能である。本
発明の有利な実施例において、Ｈ2／ＣＯ比は約２〜３ｍｏｌ／ｍｏｌである。
この比率であれば、液体炭化水素を含む有機混合物を生成するために都合がよい
。
【００１９】 図３と図４はそれぞれ、Ｈ2／ＣＯ比が３．１６である場合の、本発明の方法
におけるエネルギーと物質の流れを示す。括弧内の数字は、生成される合成ガス
全体におけるエネルギーと物質の収量のパーセンテージである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 生物有機体および/または残留物用ガス化装置と炭化水素用改質装置を組み合わ
せた状態を示す概略図
【図２】 本発明による合成ガス組成の概略図
【図３】 本発明による合成ガス製造方法におけるエネルギーの流れと、物質の流れを示す
図
【図４】 本発明による合成ガス製造方法におけるエネルギーの流れと、物質の流れを示す
図
【符号の説明】
１ ガス化装置 ２ 第一の取り入れ口 ３ 第二の取り入れ口 ４ 改質装置 ５ 第一の取り入れ口 ６ 蒸気供給器 ７ 分岐管 ８ 第一のガス放出口 ９ 第二のガス放出口 １０ 浄化装置 １７、１８ 熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (71)出願人 Ｗｅｓｔｅｒｄｕｉｎｗｅｇ ３，1755 ＬＥ ＰＥＴＴＥＮ，ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅ ｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ヘンメス カトリエン オランダ エンエル 1764 エンアー ア ンナパウロウナ ストームヴェヘ 12アー Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB03 EB31 EB42 4G140 EA03 EA06 EB03 EB31 EB42

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一の炭化水素と酸化材をガス化装置へ送り、ガス化装置か
    ら合成ガスを放出する工程と、第二の化石性炭化水素と蒸気を改質装置へ送り、
    改質装置から合成ガスを放出する工程と、さらに、ガス化装置で生成した合成ガ
    スと改質装置で生成した合成ガスを混合する工程から成る炭化水素から合成ガス
    を製造する方法において、 第一の炭化水素が生物有機体および/または残留物を含有することと、ガス化装
    置から放出される合成ガスの一部を燃焼させることと、その過程で発生する熱が
    改質装置に供給されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ガス化装置から放出される合成ガスの一部が改質装置のバー
    ナーへ送られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ガス化装置で生成される合成ガスの１０〜７０重量％、好ま
    しくは３０〜５０重量％を燃焼させることを特徴とする請求項１または２に記載
    の方法。
  4. 【請求項４】 化石性炭化水素が天然ガスから成ることを特徴とする請求項
    １〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 合成ガスの混合比について、混合ガスのＨ2／ＣＯ比が０．
    ７〜５であり、好ましくは２〜３であるように調整されていることを特徴とする
    請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 生物有機体および/または残留物を自熱式にガス化させるこ
    とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 混合ガスの燃焼によって発生する熱の一部を、改質装置用の
    蒸気の生成かその他の熱需要のために用いることを特徴とする請求項１〜６のい
    ずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 生物有機体および/または残留物用の第一の取り入れ口２と
    、酸化材用の第二の取り入れ口３と、合成ガス用の第一のガス放出口８を有する
    生物有機体および/または残留物のガス化装置１と、化石性炭化水素用の第一の
    取り入れ口５と、蒸気供給器６と、合成ガス用の第二のガス放出口９を備えた改
    質装置４を有し、上記第二のガス放出口９が第一のガス放出口８に接続され、さ
    らに、分岐管７を第一のガス放出口８に接続することにより、ガス化装置で生成
    した合成ガスの一部を改質装置４に熱的に接続されたバーナーへ送るようにして
    成る、合成ガスを生成する装置。
  9. 【請求項９】 ガス化装置１または改質装置４で生成された合成ガスが熱交
    換器１７、１８を介して送られ、上記熱交換器がガス化装置１または改質装置４
    に熱的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ガス化装置のベッド物質を、ガス生成装置内を循環させる
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ガス化装置１のガス放出口８が、浄化装置１０を介して、
    改質装置４のガス放出口９に接続されていることを特徴とする請求項８〜１０の
    いずれかに記載の装置。
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